[發明專利]用于雙極性阻變存儲器的選擇器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201610158468.2
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN107204397B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 劉明;羅慶;許曉欣;呂杭炳;龍世兵;劉琦
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;H01L21/82;H01L21/8239
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙秀芹;王寶筠

本發明公開了一種用于雙極性阻變存儲器的選擇器件及其制備方法，該方法包括：提供基底；在基底上方形成下電極；在下電極上方形成第一金屬氧化物層；對第一金屬氧化物層進行退火處理，以使下電極內的金屬原子擴散進入第一金屬氧化物層，形成摻雜有金屬原子的第一金屬氧化物層；在摻雜有金屬原子的第一金屬氧化物層上方形成第二金屬氧化物層；在第二金屬氧化物層上方形成上電極層；對上電極層進行圖形化，形成上電極。通過該方法制成的選擇器件能夠提供較高的電流密度，與阻變存儲器串聯后形成的1S1R結構能夠有效抑制阻變存儲器陣列中的串擾現象。而且，該選擇器件具有較高的選擇比和耐久性。

技術領域

本發明涉及半導體器件制造技術領域，尤其涉及一種用于雙極性阻變存儲器及其制備方法。

背景技術

半導體存儲器，根據其掉電是否能夠保持存儲信息，可以分為兩類：揮發性存儲器和非揮發性存儲器。隨著便攜式電子設備的普及，非揮發存儲器在存儲器市場中的份額也越來越大。雖然當前FLASH技術是非揮發存儲器市場的主流，但隨著半導體工藝節點的推進，FLASH技術正遇到一系列的瓶頸問題比如操作電壓大，尺寸無法縮小，保持時間不夠長等。有報道稱FLASH技術的極限在16nm左右，科學界和工業界正在尋找一種可以替代FLASH的下一代非法性存儲器。阻變存儲器(RRAM，Resistive Random Access Memory)由于操作電壓低、非破壞性讀取、操作速度快和結構簡單易于集成等優點成為新型非揮發性存儲器的研究重點。然而阻變存儲器陣列存在比較嚴重的串擾(Crosstalk)問題。這樣的串擾問題會隨著陣列的擴大而更加嚴重，嚴重影響了阻變存儲器的可靠性，阻礙其邁向應用。

目前，解決阻變存儲器串擾問題的方法主要有集成MOS管的阻變存儲器(1T1R結構)、外界二極管的阻變存儲器(1D1R結構)和串聯一個選擇器的阻變存儲器(1S1R結構)。1T1R結構中，存儲單元的面積主要取決于晶體管的面積，無法發揮RRAM結構簡單器件面積小的優點，1D1R相對1S1R來說在限制漏電流方面能力偏弱。1S1R結構是目前比較理想的解決串擾問題的結構。

在1S1R結構的阻變存儲器中，其選擇器的高電流密度、高選擇比以及高耐久性等性能非常有利于提高1S1R結構的阻變存儲器的性能。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于雙極性阻變存儲器的選擇器件及其制備方法，以提高選擇器的電流密度、選擇比以及耐久性。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：

一種用于雙極性阻變存儲器的選擇器件制備方法，包括：

提供基底；

在所述基底上形成下電極，所述下電極的材料為特定金屬，其中，組成所述特定金屬的原子在400℃以下的退火條件下能夠發生擴散；

在所述下電極上方形成第一金屬氧化物層；

對所述第一金屬氧化物層進行退火處理，以使所述下電極內的金屬原子擴散進入第一金屬氧化物層，形成摻雜有金屬原子的第一金屬氧化物層；

在所述摻雜有金屬原子的第一金屬氧化物層上方形成第二金屬氧化物層；

在所述第二金屬氧化物層上方形成上電極層；

對所述上電極層進行圖形化，形成上電極。

可選地，所述第一金屬氧化物層或所述第二金屬氧化物層的材料為HfO₂、Al₂O₃、TaO_x、TiO_x中的至少一種。

可選地，所述第一金屬氧化物層或所述第二金屬氧化物層的厚度為2nm～4nm。

可選地，退火處理時間為20～40min。

可選地，退火處理氛圍為空氣。